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거의 100% 재활용이 가능한 PCB 소재

 


(From left to right is a vitrimer-based printed circuit board, a sheet of harvested glass fibers, chunks of gelatinous vitrimer polymer that have been removed from a board, and harvested electrical components. Credit: Mark Stone/University of Washington)

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(Agni K. Biswal, a University of Washington postdoctoral scholar in mechanical engineering, uses a heat press to laminate a vitrimer printed circuit board. Credit: Mark Stone/University of Washington)

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IT 혁신의 문제점 중 하나는 쉽게 재활용이 어려운 전자 폐기물 (eWaste)를 대량으로 양산하고 있다는 것입니다. 수많은 전제 제품의 핵심 기판은 바로 PCB (printed circuit board)로 유리 섬유와 합성 수지를 이용해서 뛰어난 절연성과 내구성, 불이 잘 붙지 않는 내연성을 확보한 기판으로 현대 전자 공학 기술의 급격한 발전을 뒷받침한 혁신이었습니다.

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하지만 에폭시 수지와 유리 섬유가 단단히 결합되어 쉽게 분리가 어려운데다, 그위에 붙인 각종 반도체와 칩, 콘덴서 등을 떼기도 힘들어 재활용이 극히 어렵다는 문제가 있습니다. 여기에도 IT 혁신으로 인해 제품 수명 주기가 짧아 자꾸만 대량의 전자 폐기물이 양산되고 있습니다. 따라서 이 문제를 극복하기 위해 제조사들은 재활용이 가능하거나 재활용을 쉽게 만들 수 있는 PCB 대체 소재를 개발하고 있습니다. 앞서 소개한 솔루보드가 그런 사례입니다.

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솔루보드: https://blog.naver.com/jjy0501/223171287916

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워싱턴 대학의 연구팀은 에폭시 수지를 대신해서 재활용이 가능한 폴리머 소재로 주목 받고 있는 비트리머 (Vitrimer)를 사용한 vPCB (vitrimer PCB)를 개발했습니다. 연구팀이 개발한 비트리머 소재는 상업용 PCB와 비슷한 절연성 및 내구성을 지니고 있으나 한 가지 중요한 차이점이 있습니다. 열을 가하거나 물리적인 힘을 주지 않아도 특정 용매로 녹일 경우 부풀어 올라서 유리 섬유 및 다른 부품과 쉽게 분리된다는 것입니다. 이전에 개발된 솔루보드가 뜨거운 물을 이용해서 열에 약한 부품에 손상을 줄 수 있는 것을 생각하면 상당한 개선점입니다.

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연구팀은 vPCB를 사용해 실험실에서 테스트한 결과 비트리머의 98%, 용매의 91%를 재활용 할 수 있으며 금속 성분과 유리섬유, 기타 기판에 붙어 있던 부품도 쉽게 회수가 가능하다는 점을 확인했습니다. 연구팀에 따르면 vPCB는 재활용을 통해 온실가스 배출을 48% 정도 줄이고 독성 발암물질의 환경 유입을 81%까지 차단할 수 있습니다.

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물론 아무리 재활용이 잘되고 친환경적이라도 실제 제품화했을 때 문제 없이 사용 가능하다는 점과 경제적으로 부담 가능한 가격이어야 한다는 전제 조건이 남습니다. 앞으로 이 부분을 검증하는 과정을 거쳐 상용화할 수 있다면 갈수록 골칫거리가 되고 있는 전자 폐기물 문제에 획기적인 돌파구를 마련할 수 있을 것으로 기대합니다.

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참고

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https://newatlas.com/materials/vitrimer-recyclable-printed-circuit-board/

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https://www.nature.com/articles/s41893-024-01333-7

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